工程材料.docx
《工程材料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
工程材料
第1章工程材料
目的和要求：
本章以机械工程中常见的金属（包括黑色金属、有色金属）、非金属（包括聚合物、陶瓷、复合材料）等工程材料为对象，讲述他们的结构、性能特点、典型牌号以及实际用途。
要求学生能在以后的工作中能选择合适的工程材料。
重点与难点：
掌握钢、铁等黑色金属材料的组织结构、性能与应用。
熟悉有色金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料的概念和应用。
教学学时：
18学时。
1.1概述
材料是人类发展的重要物质基础，是现代社会发展的三大支柱之一（能源、信息）。
历史上把材料当做了人类发展的里程碑，石器时代、青铜器时代、铁器时代。
足以见得工程材料在人类的生产、生活中所处的重要地位。
1.2金属材料
1金属材料的种类
黑色金属材料：
以铁为基的金属材料。
常用的钢、铁都是黑色金属材料。
有色金属材料：
非铁金属材料就叫有色金属材料。
常见的铝、铜等就是有色金属材料。
2金属材料的性能（王忠）
金属外层电子少，容易丢失而成为正离子。
处于运动状态的自由电子在原子核外形成电子云。
金属键：
固态金属中，通过金属正离子和自由电子云的相互吸引而结合的这种方式，就称作金属键。
金属的一般特性
1）良好的导电性：
原因是大量的自由电子存在。
2）良好的导热性：
原因是大量的正离子存在。
3）良好的塑性：
原因是靠金属键而结合。
4）不透明和特殊的金属光泽：
原因是电子吸收入射光的能量或激发的电子回跳时又反射光线。
物理性能：
材料本身所具有的、不能被外力等改变的材料特性。
如密度、颜色、导电率、导热率等。
化学性能：
特定条件下所表现出来的材料特性。
如抗氧化性、耐腐蚀性等。
力学性能：
是可以通过加热、施压等方式永久改变的材料特性。
如强度、硬度、韧性、延伸率等。
工艺性能：
成形或加工过程中所表现出来的材料特性。
如铸造性能、可锻性能、焊接性能、切削性能等。
3金属力学性能及其测定（王忠）
σs
σb
应力
低碳钢的拉伸试样和拉伸曲线
应变
插图1-1低碳钢的拉伸曲线
通过拉伸可以测定金属材料的屈服强度、抗拉强度（强度极限）、延伸率、断面收缩率等力学性能指标。
4金属的变形及其性能变化（王忠）
a）为什么要研究塑性变形
一方面，铸态组织存在不足：
晶粒粗大、组织不均匀、成分存在偏析、性能不高。
重要的机械零件总是采用压力加工的方法成形。
压力加工方法主要有锻造、轧制、拉拔、挤压等。
以克服铸件的不足。
另一方面，机械零件工作过程中，总是受力的，因而也总会发生变形。
人们希望，机械零件的变形必须在弹性变形的范围内，并且越小越好。
决不允许发生塑性变形。
b）变形及其分类
变形：
金属在外力作用下，发生形状和尺寸的改变。
弹性变形：
外力去除后，能恢复到原来形状的这种变形称为弹性变形。
塑性变形：
外力去除后，不能恢复而保留下来的这种变形称为塑性变形。
c）金属塑性变形的方式
单晶体的塑性变形方式：
滑移（一部分相对另外一部分的移动）和孪生（一部分相对另外一部分的转动）。
对多晶体（常用工程材料）而言，塑性变形比单晶体要复杂得多。
晶粒内部的变形方式与单晶体相同，有滑移和孪生两种方式。
由于晶界的存在，首先，滑移不易从一个晶粒传递到相邻的另一个晶粒，表现出阻碍作用，因而需要更大的外力（表现为强度增加）。
其次，晶界两侧晶粒的位向可能不同，他们内部滑移系有的可能开动，有的不能开动，有的受拉有的受压甚至受扭，使滑移不能协调而变形困难（表现为强度增加）。
第三，多晶体内满足滑移系可以开动条件的晶粒数量较多，使变形分散在较多的晶粒内，不易产生应力集中，结果允许承受较大的塑性变形（表现为塑性良好）。
d）金属塑性变形的结果
组织变化：
晶粒破碎、亚结构细化、位错密度增加；晶粒沿变形方向延伸拉长（纤维、流线）；形成织构。
性能变化：
强度增加、塑性变差、韧性下降（加工硬化：
金属变形使强度增加、塑性降低的现象称为加工硬化，或冷作硬化、形变强化）。
各向异性。
5变形金属的加热与性能改变（王忠）
回复：
变形金属由于加热而导致缺陷密度降低、畸变消除的现象。
再结晶：
变形金属由于加热重新形成晶核和晶核长大的这个过程。
再结晶温度：
进行再结晶的最低温度。
一般T再=（0.35～0.40）Tm
二次再晶粒：
一次再结晶后，少数晶粒择优生长成为特大晶粒、其他晶粒被吞食的这种现象。
这是一种异常晶粒长大。
以大晶粒吞并小晶粒的方式进行，通常粗化晶粒。
使性能下降。
6金属的冷/热加工
冷加工：
在再结晶温度以下对金属进行的加工。
热加工：
在再结晶温度以上对金属进行的加工。
1.3晶体的结构
1晶体与非晶体
晶体：
原子在空间规则排列所形成的物体。
如钢铁。
非晶体：
是指原子在空间不规则排列而形成的固体。
如玻璃。
注意：
常态下金属主要以晶体形式存在。
在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。
2晶体的结构
晶体结构：
晶体中原子的分布和排列方式。
也简称结构。
晶胞：
组成晶格的最基本几何单元。
常见的金属晶体对称性高，90%属于三种常见的晶格（FCC、BCC、HCP）。
图1-3金属的晶胞（BCC，FCC，HCP）
1）体心立方晶胞（BCC）
原子占据8个角部和立方体的中心部位，每个晶胞有2个原子，典型金属有α-Fe，Cr，Mo，W，V，Nb，β-Ti等。
2）面心立方晶胞（FCC）
原子占据8个角部和六个面的中心部位，每个晶胞有4个原子，典型金属有γ-Fe，Ni，Cu，Al，Au，Ag等。
3）密排六方晶胞（HCP）
原子占据12个角部、顶/底面的中心和中间层，每个晶胞有6个原子，典型金属有Mg，Zn，Cd，Be等。
3实际金属的结构
单晶体：
其内部晶格方位完全一致的晶体。
多晶体：
由多晶粒组成的晶体。
晶粒：
实际使用的金属材料由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。
晶界：
晶粒之间的交界面。
晶界的特点
a）原子排列不规则，因而具有高的能量；
b）耐蚀性差，易于腐蚀。
c）易产生内吸附，外来原子易在晶界偏聚。
d）可阻碍位错运动，是工程材料的强化方式。
e）熔点低，也是相变的优先形核部位。
4金属的晶格缺陷
晶体缺陷：
晶格的不完整部位称晶体缺陷。
实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按其几何形状可分为三类：
即点缺陷、线缺陷和面缺陷。
1）点缺陷：
三维尺寸都很小的缺陷。
如空位、间隙原子、置换原子等。
2）线缺陷：
在一维尺度上存在的缺陷。
如位错。
3）面缺陷：
在二维尺度上存在的缺陷。
如晶界、亚晶界等。
1.4金属的结晶
1结晶的概念
结晶：
由液态金属向原子规则排列、形成金属晶体的过程就称为结晶。
结晶产品可以只是半成品（铸锭），也可以是成品（铸件）。
理论结晶温度（Tm）：
无限缓慢冷却条件下的平衡结晶温度。
实际结晶温度（Tn）：
液态金属真正向固态金属转变的温度。
过冷度：
实际结晶温度与理论结晶温度之差。
ΔT=Tm-Tn
结晶是个过程，要经历形核（核心的产生）和核心长大2个阶段。
形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。
由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。
以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。
非均匀形核更为普遍。
晶体的长大是有方向性的，一般逆着温度梯度的方向。
晶体的长大是有分支的，就象树枝的生长一样。
2铸态金属的组织
在实际生产中，液态金属被浇注到锭模中便得到铸锭，而注入到铸型模具中成型则得到铸件。
铸造组织的三个区域
1）激冷层：
晶粒细小、等轴。
组织致密，性能优良。
2）柱状晶区：
晶粒呈柱状。
有显著的方向性。
3）等轴晶区：
晶粒较大、等轴。
不致密，常常杂质富集。
铸造缺陷较多，常见的有缩孔、气孔、疏松、偏析、夹渣、白点等，它们对性能是有害的。
它们对其加工和使用性能有着直接的影响。
3金属的同素异构
同素异构转变：
固态下，金属或合金发生晶格类型转变的现象。
也称为同素异型转变或多型性转变。
典型的例子就是铁：
912℃以下是体心立方的α铁，912～1394℃是面心立方的γ铁，1394～1538℃又为体心立方的α铁（为区别而称为δ铁）。
同素异构转变是热处理使钢铁材料性能改变的前提条件。
1.5二元合金
合金：
有两种以上的金属或金属/非金属元素组成的、具有金属特性的物质。
组元：
组成合金的元素。
二元合金：
有两种组元组成的合金。
相：
成分相同、结构相同，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分。
组织：
一种或多种相，按照一定方式相互结合所构成的整体。
固态合金中，按晶格结构的基本属性分有两类：
固溶体、化合物。
固溶体：
固态下溶质原子溶入金属溶剂中、所组成的均匀合金。
有间隙固溶体和置换固溶体两种。
间隙固溶体：
溶质原子存在于溶剂晶格的间隙位置而形成的固溶体。
形成条件：
溶质原子直径不足溶剂原子半径的59%，溶剂晶格有足够大的间隙。
典型的间隙固溶体：
钢（碳在铁中的固溶体）。
置换固溶体：
溶质原子占据溶剂晶格结点的位置而形成的固溶体。
形成条件：
溶质溶剂原子直径相差不多（±15%）。
典型的置换固溶体：
黄铜（铜-锌合金）。
固溶强化：
由于形成固溶体而引起强度提高的现象。
是强化合金的基本途径之一。
金属化合物：
金属和非金属原子形成的化合物。
通常具有金属特性。
典型的金属化合物：
Fe3C（渗碳体）。
第二相强化：
以金属化合物作为强化相，强化金属材料的方法。
这也是强化合金的基本途径。
1.6铁碳合金
1铁碳合金及其基本组织
铁碳合金：
以铁为主、加入少量碳而形成的合金。
典型铁碳合金是钢、铁。
表1-3铁碳合金的基本组织
组织/代号
特征
碳的最大溶解度
力学性能
铁素体/F
碳在BCC晶格α-Fe中的固溶体
0.02%
塑性、韧性较好
奥氏体/A
碳在FCC晶格γ-Fe中的固溶体
2.11%
质软、塑性好
渗碳体/Fe3C
复杂斜方结构的金属化合物
6.69%
脆而硬，塑性、韧性几乎为零
珠光体/P
含碳0.77%共析反应生成的、F与Fe3C的机械混合物
很大范围变化
莱氏体/Ld或Ld’
含碳4.30%共晶反应生成的、F与Fe3C的机械混合物
硬度很高、塑性很差
2铁碳合金相图
相图：
表示材料中平衡相与成分、温度制件关系的图。
它是研制新材料、制
订合金热加工工艺、进行金相分析的重要依据。
图1-14铁碳合金相图
表1-4铁碳合金相图中的重要点线面
名称
含义
碳含量/wt%或反应式
温度/℃
特殊点
A
纯铁熔点
0
1538
P
碳在F中的最大溶解度
0.02
727
S
共析点
0.77
727
E
碳在A中的最大溶解度
2.11
1148
C
共晶点
4.30
1148
D
渗碳体的熔点
6.69
～1227
特殊线
ECF
共晶反应线
L4.3%c→γ2.11%c+Fe3C6.67%c
1148
PSK
共析反应线
L0.53%c+δ0.09%c→γ0.17%c
727
ABCD
液相线
AHNJECF
固相线
GS
A3线
ES
Acm线
特殊面
ABCD以上
液相区
GPQ
α-Fe相区
NJESG
γ-Fe相区
AHN
δ-Fe相区
3铁碳合金分类、平衡结晶过程、组织
插表1-4铁碳合金的分类与室温平衡组织
工业纯铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
亚共晶铁
共晶铁
过共晶铁
含碳
/wt%
＜0.02
0.02～
＜0.77
0.77
＞0.77
～2.11
2.11～
＜4.30
4.30
4.30～
6.69
平衡
组织
F
F+P
P
P+Fe3C
P+Fe3C+Ld
Ld
Fe3C+Ld
4铁碳合金室温性能与碳含量的关系（P14图1-17）
强度：
先升后降，约在含碳0.85～0.90%达到峰值。
硬度：
不断升高。
塑性：
持续下降。
韧性：
迅速降低。
1.7钢的热处理
热处理：
将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺过程。
这个过程常伴游固态相变或扩散。
热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用，如在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70～80%。
热处理需要将钢加热到单一的奥氏体区域，或加热到与临界点有关的某个温度。
热处理只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。
1钢在加热时的转变
铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用A1、A3、Acm表示。
亚共析钢、共析钢、过共析钢在加热时的临界点分别是Ac3、Ac1、Accm。
以共析钢为例，加热时组织从单一的P转变成单一的A，分别经历A核心形成、A核心长大、残余渗碳体溶解和A成分均匀化四个阶段。
P15图1-19。
亚共析钢或过共析钢加热时，首先是P转变成A，然后分别是铁素体或渗碳体向A转变（溶解）。
2钢在冷却时的转变
亚共析钢、共析钢、过共析钢在加热时的临界点分别是Ar3、Ar1、Arcm。
冷却时热处理最关键的一步，冷却过程与条件决定着钢的组织、结构和性能。
等温冷却转变：
将加热A化后的钢，迅速冷却到临界点以下的一定温度而使其发生转变。
连续冷却转变：
将加热A化后的钢，以一定速度冷却到A1以下的不同温度而使其发生转变。
TTT曲线：
表示过冷奥氏体冷却到临界点A1以下的保温过程中转变量与转变时间的关系曲线。
通常也称为C曲线。
过冷奥氏体：
钢在冷却时，孕育期内暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体。
3过冷奥氏体的转变产物
随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。
550℃以上，过冷奥氏体转变成珠光体型组织：
粗片状珠光体、细片状珠光体（索氏体，Sorbite）、极细珠光体（托氏体，Troostite）。
550℃到Ms之间，过冷奥氏体转变成贝氏体型组织：
上贝氏体、下贝氏体。
Ms以下，过冷奥氏体转变成马氏体型组织：
板条马氏体、针状马氏体。
4常用热处理工艺
1）退火
退火：
将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺。
目的：
调整硬度便于切削加工（适合加工的硬度为170～250HB）；消除内应力，防止加工中变形；细化晶粒，为最终热处理作组织准备。
常用的退火工艺：
完全退火、等温退火、球化退火、消除应力退火。
2）正火
正火：
将钢加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温后在空气中冷却的热处理工艺。
目的：
最终热处理，使亚共析钢晶粒细化；半轴、凸轮轴等重要亚共析钢零件预先热处理，切削改善加工性；消除过共析钢网状碳化物、为球化退火作组织准备。
3）淬火
淬火：
将钢加热到Ac3或Ac1以上30~50℃，保温后快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。
目的：
获得马氏体组织，提高钢的性能（尤其强/硬度、耐磨性等）。
常用的淬火工艺：
淬火、等温淬火、分级淬火、表面淬火。
淬透性：
是指钢在淬火时获得淬硬层深度（马氏体组织）的能力。
4）回火
回火：
指将淬火钢加热到Ac1以下的某个温度保温后冷却的热处理工艺。
目的：
使组织稳定，防止发生尺寸和形状的变化；调整硬（强）度、韧性，获得所需要的力学性能；减少或消除淬火应力，防止变形或开裂。
常用的回火工艺：
高温回火、中温回火、低温回火。
5常用碳素钢与合金钢（王忠）
碳素钢：
含碳量在0.02～1.30%之间的铁碳合金。
碳钢中还含有Mn、Si（脱氧残留的，对性能有益）和S、P（由铁矿石带入的，对性能有害）。
碳素钢按含碳量分成低碳钢（≤0.25%C）、中碳钢（0.25～0.60%C）、高碳钢（＞0.60%C）三种。
碳素钢按质量分成普通碳素钢（S、P含量比较高）、优质碳素钢（S、P含量较低）和高级优质碳素钢（S、P含量低）三种。
碳素钢按用途分成结构钢和工具钢两种。
1）普通碳素结构钢
特点：
碳含量低、保证力学性能
命名：
Q+屈服强度值+质量等级+脱氧方法
典型牌号：
Q195、Q215（A）、Q235（A）；Q255（A）、Q275等
典型用途：
型材、薄板、焊管、桥梁结构、标准件、轴套；连杆、简单的齿轮或轴。
注意：
不热处理直接使用。
2）优质碳素结构钢
特点：
保证化学成分和力学性能
命名：
碳含量的1万倍+残余元素符号+（脱氧程度）
典型牌号：
08F、10；20；35、45；50、65Mn等
典型用途：
冲压制件、汽车外壳；活塞销；轴、连杆；弹簧等。
注意：
中碳以上经热处理后使用
3）碳素工具钢
特点：
碳含量高
命名：
T+碳含量的1千倍+残余元素符号+质量等级
典型牌号：
T8（A）、T8Mn；T10；T12（A）等
典型用途：
冲头、锤子、手锯等；车刀、钻头、冲模等；量块、塞规、刮刀等。
注意：
必须经过热处理后使用。
4）碳素铸钢
命名：
ZG+最低屈服强度-最低强度极限
典型牌号：
ZG200-400；ZG270-500；ZG340-640等
典型用途：
受力不大、韧性良好、可焊接的机座、壳体；强度较高、有一定塑性、可焊接的轧钢机机架、连杆、曲轴；高强度、高耐磨性、能切削加工的齿轮、棘轮等。
5）合金结构钢
合金钢：
为改善/提高钢的性能加入合金元素形成的铁碳合金。
命名：
含碳量的1万倍+合金元素符号和含量+质量等级
典型牌号：
09MnCuPTi；16Mn、15MnVN；18Cr2Ni4W；40MnB；40Cr、40CrNiMo；38CrMoAl等。
典型用途：
火车车皮；桥梁、船舶、压力容器；大型曲轴；汽车半轴；通用或重载轴；镗床镗杆等。
注意：
一般需热处理后使用。
6）齿轮钢
命名：
含碳量的1万倍+合金元素符号和含量
典型牌号：
20Cr、20CrMo、20CrMnTi等
典型用途：
齿轮、齿轮轴
热处理：
渗碳或碳氮共渗+淬火/低温回火。
7）弹簧钢
命名：
含碳量的1万倍+合金元素符号和含量
典型牌号：
60Si2Mn、50CrA等
典型用途：
弹簧
热处理：
淬火+高温回火。
8）轴承钢
命名：
G+含碳量的1千/万倍或没有数字（碳含量大于1%）+合金元素符号和含量
典型牌号：
GCr15、GCr15SiMn、G20CrNi2Mo等。
典型用途：
轴承
热处理：
（渗碳）淬火+低温回火。
9）易切削钢
命名：
Y+含碳量的1万倍+合金元素符号和含量
典型牌号：
Y12Pb、Y45Ca等
典型用途：
锻造后直接使用的结构零件如管接头、弹簧座；花键轴等。
热处理：
不经热处理。
10）合金铸钢
命名：
ZG+含碳量的1万倍+合金元素符号和含量。
典型牌号：
ZG40Cr、ZG35CrMnSi等。
典型用途：
大型铸钢件。
11）低合金工具钢
命名：
含碳量的1千倍或不标注（超过1%）+合金元素符号和含量。
典型牌号：
9CrSi、9Mn2V、CrWMn等。
典型用途：
丝锥、剪切刀片等。
热处理：
淬火+低温回火。
12）高速工具钢
命名：
含碳量的1千倍或不标注（超过1%）+合金元素符号和含量。
典型牌号：
W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。
典型用途：
车刀、铣刀等刃具。
热处理：
淬火+高温回火。
13）冷作模具钢
命名方法：
含碳量的1千倍或不标注（超过1%）+合金元素符号和含量。
典型牌号：
Cr12、Cr12MoV等。
典型用途：
冲模等。
热处理：
淬火+低温回火。
14）热作模具钢
命名：
含碳量的1千倍或不标注（超过1%）+合金元素符号和含量。
典型牌号：
5CrNiMo、3Cr2W8V、4Cr5MoV1Si等。
典型用途：
锻造模、挤出模等。
热处理：
淬火+高温回火。
15）量具钢
命名：
不表明碳含量（通常超过1%）+合金元素符号和含量。
典型牌号：
Cr2、GCr15、CrWMn等。
典型用途：
塞规、样板、千分尺等。
热处理：
淬火+低温回火。
16）不锈钢
不锈钢按组织类型划分，有奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、析出硬化不锈钢四大类。
命名：
含碳量的1万倍+合金元素符号和含量。
典型牌号：
00Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti；1～4Cr13；1Cr17、1Cr17Mo；0Cr17Ni4Cu4Nb等。
典型用途：
食品、化工、原子能设备；一般刀具、医疗器械；重油燃烧器、家具构件；汽轮机部件等。
17）耐热钢
耐热钢按组织种类划分，有奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢（还有珠光体耐热钢）两大类。
命名：
含碳量的1千倍+合金元素符号和含量。
典型牌号：
5Cr21Mn9Ni4N；0Cr25Ni20、1Cr18Ni9Ti；1Cr11MoV、12Cr1MoV等。
典型用途：
内燃机排气阀、加热炉部件；透平机叶片；锅炉结构件等。
热处理：
固溶等。
17）耐磨钢
耐磨钢的硬化机理：
加入大量的Mn，室温下是奥氏体。
承受很大冲击载荷、并摩擦时使其发生显著的加工硬化，硬度从210HB迅速上升到450～550HB。
命名：
Z+GMn及Mn含量。
典型牌号：
ZGMn13。
典型用途：
破碎机齿板、履带板、铁路道岔等。
热处理：
水韧处理。
6铸铁（王忠）
铸铁：
含碳量在2.11～4.30%之间的铁碳合金。
一般而言，铸铁的碳、硅含量分别控制在2.5~4.0%和1.0~3.0%之间。
性能特点：
抗拉强度低，塑性韧性差：
石墨强度很低相当于空洞，片状石墨还相当于裂纹，损害力学性能。
抗震/耐磨性能好：
石墨本身有润滑作用，石墨还可以吸收振动能量。
切削加工性好：
石墨使车屑容易脆断，不粘刀。
缺口敏感性低：
石墨的存在。
工艺性能好：
铸铁硅含量高,成分接近于共晶。
铸铁的分类方法有多种，可以按照石墨化程度、石墨结晶形态、或基体组织类型来分类。
按照石墨化程度，铸铁常分成灰口铸铁（断口呈灰色）、白口铸铁（断口呈白亮色）、麻口铸铁（断口呈黑白相间的麻点）。
按照石墨结晶形态分成灰口铸铁（石墨呈片状）、球墨铸铁（石墨呈球状）、蠕墨铸铁（石墨呈蠕虫状）、可锻铸铁（石墨呈团絮状）。
按照基体组织，铸铁可分成铁素体（F）、珠光体（P）和铁素体+珠光体（F+P）三类。
铸铁的石墨化：
铸铁中碳原子析出形成石墨的过程，就叫做铸铁的石墨化。
铸铁的性能主要取决于石墨化的程度。
化学成分、结晶时冷却速度是影响石墨化的主要因素。
石墨：
六方晶系，碳原子靠共价键结合（结合力较强）、呈层状分布，层间为分子键结合（结合力弱）。
因而，石墨的强度、硬度、塑性都很低。
1）灰口铸铁
命名：
HT+最小抗拉强度
典型牌号：
HT200、HT350等
典型用途：
中等负荷结构件、复杂形状薄壁件、润滑条件下受磨件等。
a）灰口铸铁工艺简单、价格低廉，用量占铸铁总质量的约75%。
b）灰口铸铁冷却过程中，由于截面或壁厚不均，会产生应力。
应进行消除应力退火（人工时效）。
c）将灰口铸铁加热到850～900℃保温后缓慢冷却,促使其石墨化（石墨化退火）可改善切削加工性。
d）还可对表面进行淬火（如机床导轨），以提高硬度和耐磨性。
2）球墨铸铁
命名：
QT最低抗拉强度-最低延伸率
典型牌号：
QT400-18、QT600-3、QT900-2等
典型用途：
汽车/拖拉机轮毂、内燃机曲轴、汽车转向节/传动轴等。
a）球墨铸铁是20世纪50年代发展的优良铸铁材料，综合力学性能接近钢，还保持了生产方便、成本低廉的优势，应用广泛。
b）球墨铸铁还可以热处理：
高温退火促使自由渗碳体石墨化、低温退火改善塑性和消除应力、还可以正火、调质和等温淬火。
3）蠕墨铸铁
命名：
RuT+最低抗拉强度
典型牌号：
RuT260、RuT420等
典型用途：
汽车/拖拉机底盘
升级会员 